Пусковые электродвигатели характерны для малоагрегатных ГАЭС и особенно распространены в Японии на ГАЭС с двумя агрегатами.

Мощность пусковых электродвигателей находится в пределах 5-9% мощности основного агрегата, время пуска агрегата в насосном режиме до набора нагрузки около 5-7 мин. Стоимость их составляет 10-12% стоимости основной машины. Частотный пуск посредством статического преобразователя частоты является одним из наиболее перспективных. Он достаточно надежен, может применяться для агрегатов любой мощности, требуемое оборудование несложно в эксплуатации. Мощность установки составляет около 8-12% мощности основного агрегата, время пуска 5 мин и более. Поскольку статические преобразователи частоты в настоящее вре.мя еще сравнительно дороги, их применение целесообразно для многоагрегатных ГАЭС в целях осуществления последовательного пуска агрегатов (или пуска последнего агрегата при частотном пуске остальных от соседней машины).

Так, для пуска четырех обратимых агрегатов мощностью по 390 МВт на Г.4ЭС Рэккун Маунтин фирмой Аллис Чалмерс предусмотрена установка одного статического преобразователя частоты мощностью 26 МВт. Агрегаты этой ГАЭС могут пускаться также частотным способом от соседней машины.

Частотный пуск посредством вращающейся машины с изменяемой частотой имеет на ГАЭС широкое применение и обычно осуществляется от одной машины, частота напряжения которой может изменяться от нуля до номинального значения. Такой машиной может быть либо один из гидрогенераторов ГАЭС, либо, реже, специальный вращающийся агрегат с гидравлическим или электрическим приводом, находящийся на этой ГАЭС либо на близко расположенной электростанции. При этом запуск в насосный режим может быть осуществлен по одному из следующих вариантов: синхронный пуск, асинхронный пуск, асинхронно-синхронный пуск.

Частотный (чаще - синхронный) пуск от соседнего агрегата в сочетании с пусковыми двигателями применяется на многоагрегатных ГАЭС (Ладингтон, Нумаппара, Такасегава и др.), когда часть агрегатов пускается частотным способом, а последний - пусковым двигателем.

Торможение д в и г а т е л е й - г е и е р а т о р о в применяется с целью ускорения остановки обратимого агрегата и перевода его в другой режим работы. При этом используется либо традиционное механическое торможение, либо динамическое (электрическое) торможение. Во втором случае возмол<ны два варианта:

а) обмотка статора замыкается либо накоротко, либо на внешнее сопротивление, а в обмотку ротора подается напряжение от отдельного возбудителя;

б) при использовании пускового электродвигателя обмотка его ротора замыкается на пусковое сопротивление, а в статор подается напряжение постоянного тока.

При динамическом торможении создается тормозной момент постоянной величины, который и приводит к быстрой остановке агрегата.

Механическое торможение на больших скоростях приводит к значительному нагреву и износу тормозных колодок.

Для динамического торможения агрегата весьма целесообразным оказывается использование пускового статического преобразователя частоты. По сравнению с механическим динамическое торможение имеет определенные преимущества. Так, на ГАЭС Рэккун-Маунтин (США) использование пускового тиристорного преобразователя частоты для динамического торможения агрегата сокращает время остановки турбины с 11,5 до 1,5 мин, а также резко снижает износ тормозных колодок. Для машин с водяным охлаждением это исключает возможность загрязнения водяного коллектора обмоток.

Перевод трехмашинных агрегатов из одного режима в другой имеет ряд особенностей, зависящих от различных способов соединения турбины и насоса с двигателем-генератором (рис. 5-24).

I. Соединение валов двигателя-генератора ДГ, турбины Т и насоса Я жесткое. Турбина в насосном режиме вращается вместе с агрегатом и для уменьшения потерь осушается сжатым воздухом. При работе в турбинном режиме насос должен быть опорожнен, а при переключении из одного режима в другой двигатель-генератор остается подключенным к сети. В данной схеме к. п. д. установки несколько снижается из-за потерь на вращение рабочего колеса в воздухе.

И. Соединение двигателя-генератора ДГ с турбиной Т жесткое, а с насосом Я через зубчатую или фрикционную муфту ЗМ. При работе агрегата в турбинном режиме насос отсоединен, в связи с чем потери на вращение его рабочего колеса отсутствуют и к. п. д. несколько выше, чем по варианту I. Перевод агрегата из насосного режима в турбинный может осуществляться как с отключением электрической машины от сети, так и без отключения. В первом случае насос не опорожняется, а во втором случае осушается.

Три переводе агрегата из турбинного режима в насосный электрическую машину необходимо отключить от сети и включить электрическое торможение агрегата до его полной остановки, что требует длительного времени, лишь после этого можно подсоединять муфту и с помощью турбины вновь разгонять агрегат.

III. Соединение двигателя-генератора ДГ с турбиной 7 жесткое, а с насосом Я - через муфту ЗМ в сочетании с пусковой турбиной ПТ.

Схема позволяет значительно сократить время перевода агрегата из турбинного режима в насосный, так как опорожненный насос можно заблаговременно разогнать с помощью пусковой турбины при расцепленной муфте. При синхронной частоте вращения муфта сцепляется и насос заполняется водой. При переводе агрегата из турбинного режима в насосный и наоборот электрическая мащина остается подключенной к сети. Пуск в турбинно.м и насосно.м режимах, а такле переключение

Схема агрегата

пт+зм

п+зм

и н

п+зм ЗМ

77]и дг

дг ог

Время перехода,с

п--0*ГР НР*ТР п=0*НР ТР*НР

80-т

60-30

60-90

60-90

60-30

60-100

50-70

50-70 120-180

50-70

40-50

40-50

90-120

90-120

90-120

90-120

80-110

80-110

300-ЮО

50-70

360-480

100-130

30-40

30-40

540-720

Рис. 5-24. Характеристика быстродействия агрегатов ГАЭС в зависимости от способов соединения турбины и насоса с двигателем-генератором (по данным фирмы Фойт ).

TP - турбинный режим; HP - иасосный режим; ОГ - обратимая гидромашииа. Остальные обозначения даны в тексте.

из насосного режима в турбинный соответствует варианту И при отжатой воде.

IV. Соединение двигателя-генератора ДГ с турбиной Т жесткое, а с насосом Я-через муфту ЗМ в сочетании с гидравлическим пусковым преобразователем Я, что обеспечивает разгон насоса в заполненном состоянии. При синхронной частоте вращения, как и в варианте III, включается муфта и опорожняется преобразователь вращающего момента. Электрическая мащина при переключении режимов остается подключенной к сети. Такое решение позволяет сократить время пуска и переключения до минимума, так как насос всегда находится в заполненном состоянии.

V. Соединение двигателя-генератора ДГ с турбиной Т через муфту ЗМ, а с насосом Я -через муфту ЗМ в сочетании с гидравлическим пусковым преобразователем Я. При такой компоновке для пуска и переключения не требуется опоролшения насоса и турбины, а потери на вращение в воздухе в турбинном, насосном режимах и режиме синхронного компенсатора минимальные.

Таким образом, зубчатые муфты, применяемые при больших передаваемых мощностях, могут присоединять насос как на остановленном агрегате, так и на ходу. В последнем случае должна применяться пусковая турбина, обеспечивающая предварительный разгон осушенного насоса до синхронной частоты вращения. После синхронизации муфта присоединяет насос к валу агрегата, работающего на холостом ходу, турбина осушается, а в насос, наоборот, подается вода и агрегат переходит в насосный режим.

Реверсивная работа обратимых агрегатов удлиняет и усложняет операции по пуску и переводу агрегата из одного режима работы в другой.

Продолжительность таких переводов зависит от способов пуска, торможения, времени набора нагрузки, осушения камеры рабочего колеса или заполнения ее водой и пр. Наиболее длительным и слоЛ;ным является перевод из турбинного режима работы в насосный. Здесь необходи.мы применение принудительного торможения в процессе остановки, отжатие воды из камеры рабочего колеса, переключение фаз на выводах электромашины, разворот агрегата до подсинхронной частоты вращения одним из описанных выше способов, синхронизация с сетью и последующее нагружение до полной производительности в насосном режиме.

Перевод из насосного режима в турбинный происходит в обратной последовательности. Сначала уменьшается подача насоса (закрытием направляющего аппарата до открытия холостого хода), затем агрегат тормозится, переключаются фазы на выводах электро.машины. При достижении агрегатом подсинхронной частоты вращения в турбинном направлении вращения включается выключатель, электромашина синхронизируется с сетью и возбулдается. Дальнейшим открытием направляющего аппарата достигается набор соответствующей мощности агрегата в генераторном режиме.

Поэтому в установках с обратимыми двухмашинными агрегатами продолжительность перевода из одного режима работы в другой существенно больше (вариант VI на рис. 5-24), чем в установках с трех- и четырехмашинными агрегатами.

Для двухмашинного обратимого агрегата ГАЭС Родунд II (Австрия) максимальная продолжительность переключения (260 с) получается при переводе агрегата из турбинного

vжзdwяннgdfiJ ЩдоШщ

S

/!ПЖЭС1 ril4H003Vfl

В насосный режим. Время переключения, с, складывается из сле-дующи.х операций:

Замедление вращения до 0,58 л ом............ 40

Электрическое торможение до л=0............ 70

Опорожнение камеры рабочего колеса.......... 20

Разгон агрегата пусковым двигателем до Лиом....... 70

Заполнение камеры водой ................. 20

Открытие шарового затвора................ 20

Открытие направляющего аппарата............ 20

На рис. 5-25 приведен график последовательности н указана продолжительность операций по изменению режимов работы трехмашинного агрегата ГАЭС Вианден (пуск в насосный режим при помоши вспомогательной пусковой турбины).

Кроме нормальных эксплуатационных режимов работы обратимых гидроагрегатов (стационарных и переходных), сушест-вуют аварийные режимы, которые должны учитываться как при определении гарантий регулирования, так и при расчете во-доподводяших устройств и спиральных камер. К таким режимам в первую очередь относятся режимы аварийных сбросов нагрузки в турбинном режиме и аварийная потеря привода (питание электромашины от сети) в насосном режиме. При аварийном сбросе нагрузки значительно повышается давление в трубопроводе к спиральной камере и увеличивается частота врашения агрегата; при потере привода наиболее опасными .могут явиться кратковременное понижение давления в зоне направляющего аппарата и на начальном участке трубопровода, а также режим противотока, вызывающий рост интенсивности пульсации давления. Характеристики переходных процессов в таких режимах определялись обычно расчетным путем. Однако увеличение мощностей агрегатов и напоров установок, рост гидродинамических нагрузок требует проведения специальных .модельных исследований. Они необходимы как для уточнения изменения давления и частоты вращения, так и для определения пульсации давления с отработкой оптимального режима за-. крытия направляющего аппарата.

5-4. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОБРАТИМЫМ ГИДРОМАШИНАМ ГАЭС

Перечисленные ниже требования исходят из основных функций ГАЭС в энергетических системах: источника маневренной мощности для покрытия пиков графика нагрузки, для аварий ного и частотного резерва, источника реактивной мощности, а также регулятора-потребителя энергии.

1. Обратимые агрегаты ГАЭС должны обеспечивать высокую готовность, маневренность при переключении режимов, надежность и бесперебойность в работе.